Medida pela primeira vez a duração de um dia num exoplaneta

Esta impressão artística mostra o planeta a orbitar a jovem estrela Beta Pictoris. Este exoplaneta é o primeiro para o qual se mediu a taxa de rotação. O seu dia de oito horas corresponde a uma velocidade de rotação equatorial de 100.000 quilômetros por hora – muito mais rápido do que qualquer planeta do Sistema Solar. Crédito: ESO L. Calçada/N. Risinger (skysurvey.org)

 Com o auxílio de observações obtidas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO conseguiu-se, pela primeira vez, determinar a taxa de rotação de um exoplaneta.

 Descobriu-se que Beta Pictoris b tem um dia que dura apenas 8 horas, um valor muito menor do que o observado em qualquer planeta no Sistema Solar – o equador do exoplaneta desloca-se a quase 100.000 quilômetros por hora.

 Este novo resultado permite estender aos exoplanetas a relação entre massa e rotação observada no Sistema Solar. Técnicas semelhantes permitirão aos astrônomos mapear exoplanetas com detalhes, no futuro, utilizando o European Extremely Large Telescope (E-ELT).

 O exoplaneta Beta Pictoris b orbita a estrela visível a olho nu Beta Pictoris, que se situa a cerca de 63 anos-luz de distância da Terra na constelação austral do Pintor. Este planeta foi descoberto há quase seis anos, tendo sido um dos primeiros exoplanetas para o qual se conseguiu obter uma imagem direta.

 Este objeto orbita a sua estrela a uma distância que é de apenas oito vezes a distância Terra-Sol – o que faz com que seja o exoplaneta mais próximo da sua estrela para o qual se obteve uma imagem direta.

Este gráfico mostra as velocidades de rotação de vários planetas do Sistema Solar e do planeta Beta Pictoris b. Crédito: ESO/I. Snellen (Leiden University)

 Com o auxílio do instrumento CRIRES montado no VLT, uma equipe de astrônomos holandeses da Universidade de Leiden e do Instituto Holandês de Investigação Espacial (SRON, acrônimo do holandês) descobriram que a velocidade de rotação equatorial do exoplaneta Beta Pictoris b é quase 100.000 quilômetros por hora.

 Comparativamente, o equador de Júpiter tem uma velocidade de cerca de 47.000 quilômetros por hora, enquanto o da Terra viaja a apenas 1700 quilômetros por hora. Beta Pictoris b é mais de 16 vezes maior que a Terra e possui 3,000 vezes mais massa que o nosso planeta, no entanto um dia neste exoplaneta dura apenas 8 horas.

 “Não sabemos por que é que alguns planetas giram mais depressa que outros”, diz o co-autor deste trabalho Remco de Kok.

 “Mas esta primeira medição da rotação de um exoplaneta mostra que a tendência observada no Sistema Solar de que os planetas de maior massa giram mais depressa, pode aplicar-se de igual modo aos exoplanetas, o que nos leva a pensar que este efeito deve ser alguma consequência universal do modo como os planetas se formam”.

A posição da estrela Beta Pictoris está assinalada com um círculo vermelho neste mapa da constelação do Pintor. Tal como indicado pelo seu nome, esta é a segunda estrela mais brilhante na constelação. Juntamente com a maioria das estrelas assinaladas neste mapa, Beta Pictoris pode ser vista a olho nu num céu escuro. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

 Beta Pictoris b é um planeta muito jovem, com cerca de 20 milhões de anos (comparativamente, a Terra tem 4,5 bilhões de anos de idade). Com o passar do tempo, espera-se que o exoplaneta arrefeça e encolha o que fará com que gire ainda mais depressa.

 Por outro lado, outros tipos de processos podem influenciar a variação da rotação de um planeta. Por exemplo, a rotação da Terra está diminuindo com o tempo, em consequência das interações de maré com a nossa Lua.

 Os astrônomos usaram uma técnica muito precisa chamada espectroscopia de alta dispersão para separar a luz nas suas cores constituintes – diferentes comprimentos de onda no espectro.

 O princípio do efeito Doppler (ou desvio de Doppler) permitiu que a equipe utilizasse a variação em comprimento de onda para detectar que as diferentes partes do planeta estavam se movendo a velocidades diferentes e em direções opostas relativamente ao observador.

 Retirando cuidadosamente os efeitos da estrela progenitora, muito mais brilhante, conseguiram extrair o sinal correspondente à rotação do planeta.

Com apenas 12 milhões de anos de idade, ou menos de três milionésimos da idade do Sol, Beta Pictoris tem 75% mais massa que a nossa estrela progenitora. Situa-se a cerca de 60 anos-luz de distância na direção da constelação do Pintor e é um dos melhores exemplos de uma estrela rodeada por um disco de poeira. Observações anteriores mostraram uma deformação no disco, um disco secundário inclinado e cometas a cair na estrela, tudo isto sinais indiretos, mas que sugerem fortemente a presença de um planeta de grande massa. Observações obtidas com o instrumento NACO, montado no Very Large Telescope do ESO, em 2003, 2008 e 2009, mostraram a presença de um planeta em torno de Beta Pictoris, situado a uma distância entre 8 a 15 vezes a distância entre a Terra e o Sol – as chamadas Unidades Astronômicas (UA) – o que corresponde a aproximadamente a distância de Saturno ao Sol. O planeta tem uma massa de cerca de nove vezes a massa de Júpiter, possuindo a massa e localização certas para explicar a deformação das partes internas do disco. Esta imagem foi criada a partir de dados do Digitized Sky Survey 2 e mostra uma região de aproximadamente 1,7 por 2,3 graus em torno de Beta Pictoris. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2

 “Medimos os comprimentos de onda da radiação emitida pelo planeta com uma precisão de um sobre cem mil, o que faz com que as medições sejam sensível aos efeitos Doppler que nos revelam a velocidade dos objetos emissores”, diz o autor principal Ignas Snellen.

 “Usando esta técnica descobrimos que as diferentes partes da superfície do planeta se deslocam na nossa direção ou na direção oposta a velocidades diferentes, o que só pode significar que o planeta roda em torno do seu eixo”.

 Esta técnica está relacionada com a técnica de obtenção de imagens Doppler, usada já há várias décadas para mapear a superfície das estrelas e, recentemente, a de uma anã marrom – Luhman 16B.

 A rápida rotação de Beta Pictoris b significa que no futuro será possível fazer um mapa global do planeta, mostrando possíveis padrões de nuvens e tempestades.

 “Esta técnica pode ser utilizada numa amostra muito maior de exoplanetas com a excelente resolução e sensibilidade que terá o E-ELT e um espectrógrafo de imagem de alta dispersão”.

 “Com o instrumento METIS (Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph) que está sendo planejado, seremos capazes de fazer mapas globais de exoplanetas e caracterizar planetas muito menores do que Beta Pictoris b”, diz o Investigador Principal do METIS e co-autor do novo artigo científico que descreve estes resultados, Bernhard Brandl.

 Beta Pictoris tem muitos outros nomes, por exemplo, HD 39060, SAO 234134 e HIP 27321. Beta Pictoris é um dos melhores exemplos de uma estrela rodeada por um disco de restos de matéria e poeira. Sabe-se que este disco tem uma extensão de cerca de 1,000 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

 As observações usam a técnica de óptica adaptativa, que compensa os efeitos de turbulência da atmosfera terrestre. Este efeito faz com que as imagens obtidas, mesmo nos melhores locais de observação da Terra, fiquem distorcidas.

Esta sequência começa com uma vista alargada do céu austral, aproximando-se da estrela brilhante Beta Pictoris na constelação do Pintor. Esta estrela jovem encontra-se rodeada por um disco de poeira e tem também na sua órbita um planeta grande, que é o primeiro exoplaneta para o qual se mediu a rotação. A sua velocidade de rotação equatorial é de quase 100.000 quilômetros por hora – muito mais rápido do que qualquer planeta do Sistema Solar. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2/Nick Risinger (skysurvey.org)/L. Calçada. Music: movetwo

 Esta técnica permite obter imagens extremamente nítidas, quase tão boas como as que se obtêm no espaço. Uma vez que Júpiter não tem uma superfície sólida a partir da qual se possa determinar a taxa de rotação do planeta, tomamos a velocidade de rotação da sua atmosfera equatorial, que é 47.000 quilômetros por hora.

 A velocidade de rotação da Terra no equador é de 1674,4 quilômetros por hora. Medições anteriores sugeriam que o sistema era mais novo. Este fato é uma consequência direta da conservação do momento angular e trata-se do mesmo fenômeno que faz com que uma patinadora artística no gelo gire mais depressa sobre si mesma quando junta os braços ao corpo.

 As anãs marrons são muitas vezes chamadas “estrelas fracassadas” uma vez que, ao contrário de estrelas como o Sol, nunca conseguem torna-se suficientemente quentes para darem início a reações de fusão nuclear.

 Este trabalho foi descrito no artigo científico “Fast spin of a young extrasolar planet”, de I. Snellen et al., que será publicado na revista Nature em 1 de maio de 2014, e pode ser visualizado logo abaixo.

 A equipe é composta por Ignas A. G. Snellen (Obervatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), Remco J. de Kok (SRON Instituto Holandês de Investigação Espacial, Utrecht, Holanda), Ernst J. W. de Mooij (Observatório de Leiden) e Simon Albrecht (Department of Physics e Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, EUA; Observatório de Leiden).

 O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a pesquisa em astronomia e é o observatório astronômico mais produtivo do mundo. O ESO é financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça.

 O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronômicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrônomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação nas pesquisas astronômicas.

 O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope, o observatório astronômico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio.

 O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio ALMA, o maior projeto astronômico que existe atualmente.

 O ESO está planejando o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 39 metros que observará na banda do visível e infravermelho próximo. O E-ELT será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

‣ Fonte: ESO